Visualização Tridimensional (Câmera Sintética)

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1 Visualização Tridimensional (Câmera Sintética)
Universidade Católica de Pelotas Ciência da Computação Computação Gráfica Centro Politécnico Visualização Tridimensional (Câmera Sintética) Matheus Dobke

2 Sumário Dados de identificação Introdução Visualização Tridimensional
Definição Visualização Projeção Projeção Paralela Ortográfica Projeção Perspectiva Câmera Sintética Referências Bibliográficas 2

3 Dados de identificação
Instituição: Universidade Católica de Pelotas Centro Politécnico – Bacharelado em Ciência da Computação Título da Pesquisa: Visualização Tridimensional Nome do Aluno: Matheus de Luna Dobke Nome do Professor: Prof. Dr. Paulo Roberto Gomes Luzzardi

4 Introdução É um processo semelhante ao processo de visualização 2D, porém mais complexo, pois os dispositivos existentes são adequados à apresentação de imagens bidimensionais; É considerada, no entanto, uma nova etapa: a projeção; Através da projeção, as coordenadas de profundidade são tratadas corretamente; As imagens são vistas através de uma câmera virtual, que também representa a posição do observador do objeto/cena.

5 Introdução Quando se trabalha em três dimensões, o SRU (Sistema de Referência do Universo) passa a ser composto por três eixos ortogonais entre si (x, y e z) e pela origem (0, 0, 0). Aplicações: Jogos 3D CAD Desenhos animados por computador Realidade Virtual

6 Visualização 3D - Definições
O processo de visualização de uma cena 3D por computador é semelhante ao processo envolvido para se tirar uma fotografia. Deve-se posicionar a câmera no espaço e definir sua orientação (6 graus de liberdade: 3 eixos de translação e 3 eixos rotação, semelhante a um spaceball). Como a maioria dos monitores (displays) existentes são bidimensionais, deve-se usar processos para converter objetos do espaço tridimensional para uma representação bidimensional. Este processo possui um termo conhecido como three-dimensional pipeline. As etapas deste pipeline são mostradas na seguinte figura, e incluem modelagem, visualização e conversão de diferentes tipos de coordenadas.

7 Visualização 3D - Etapas
Como primeiro passo da etapa tem-se a definição de como será composto o cenário a ser modelado (SRO). Após sua definição, têm-se pontos tridimensionais no sistema de coordenadas do mundo que o definem (SRU). As coordenadas de visualização (view coordinates) são as coordenadas do sistema de visualização, e não necessariamente precisam ser coincidentes com as coordenadas do mundo. Neste sistema de coordenadas é que estão localizados o observador e o plano de projeção da imagem. A próxima etapa do processo é fazer a conversão das coordenadas de visualização para o plano de projeção, que será mapeado para o monitor. É nesta etapa do processo onde é realizada a conversão do espaço tridimensional para o bidimensional (tela do computador). Ao mapear a imagem para a tela, são realizadas operações para recortar partes do cenário que não estão dentro da área da janela de visualização (viewport), para posterior identificação de superfícies visíveis e aplicação de processos de renderização.

8 Visualização 3D – Coordenadas de Visualização
O viewing system é um sistema de coordenadas usado para dar ao observador um maior controle e mobilidade da posição em que se deseja observar um cenário tridimensional. Estes sistemas permitem que o plano de projeção esteja em qualquer lugar do espaço, ou seja, permite que se veja o cenário sob qualquer ângulo. Um exemplo pode ser dado ao se observar um automóvel. Movendo-se ao seu redor, têm-se diferentes ângulos de visão. Abaixando-se pode-se vê-lo por baixo, usando-se uma escada pode-se vê-lo de cima; e obtêm-se uma visão interna entrando-se dentro do mesmo.

9 Visualização 3D – Projeção
Para fazer a visualização de objetos 3D em um dispositivo 2D (o monitor, por exemplo), deve-se fazer a transformação do espaço 3D para o 2D, ou seja, converter as coordenadas que correspondam a uma visão do objeto de uma posição específica. Este processo é chamado de projeção. Para fazer a projeção deve-se definir o plano de projeção e o centro de projeção. O plano de projeção é a superfície onde será projetado o objeto. No centro de projeção partem retas (raios de projeção) que passam pelo plano de projeção e tocam no objeto. Essas projeções são dividas em dois tipos principais: Projeção Paralela Ortográfica Projeção Perspectiva

10 Visualização 3D – Projeção

11 Visualização 3D – Projeção Paralela Ortográfica
Em projeções paralelas são mantidos a forma e tamanho originais do objeto. Este tipo de projeção transforma o objeto tridimensional em bidimensional pela simples desconsideração de uma coordenada, ou seja, todos os valores em um certo eixo recebem valor zero, o que é equivalente a anular o eixo. Deve-se considerar o Centro de projeção no infinito. A) Projeção Perspectiva B) Projeção Paralela

12 Visualização 3D – Projeção Paralela Ortográfica
1. Vista Superior 2. Vista Frontal 3. Vista Lateral Direita 4. Vista Lateral Esquerda 5. Vista Posterior 6. Vista Inferior Vantagens: - Não há alteração nas medidas do objeto; - Simplicidade de construção. Desvantagem: - Reconstrução mental de um objeto a partir da visualização das três vistas ortográficas é muito difícil. 1. Vista Superior

13 Visualização 3D – Projeção Perspectiva
É a mais realista, pois é análogo ao processo de formação de imagens em nossos olhos ou em uma câmera fotográfica. Considera a profundidade como elemento de seu cálculo e apresenta um resultado mais familiar ao observador humano.

14 Visualização 3D – Câmera Sintética
Um dos componentes fundamentais no processo de visualização 3D, é o observador virtual. Este observador define de que local deseja-se que a cena 3D seja exibida.

15 Visualização 3D – Câmera Sintética
A existência desse observador deve-se ao fato de que um conjunto de objetos no universo 3D, visto de diferentes lugares tem, para quem observa, diferentes coordenadas para cada posição. A posição da câmera é dada por um ponto (x,y,z) em relação ao mesmo universo onde será posicionado o objeto e sua orientação é dada por um vetor.

16 Visualização 3D – Câmera Sintética
Como a imagem obtida é estática, se faz analogia com uma foto, podendo-se dizer que foi obtida uma fotografia quando a câmera estava numa dada posição direcionada para o objeto. A partir destas observações chega-se ao conceito de câmera sintética.

17 Visualização 3D – Câmera Sintética
Algoritmo da Câmera Sintética Posicionar e orientar sistema de referência da câmera Recorte dos objetos que estão atrás da câmera Recorte das imagens dos objetos que estão fora dos limites laterais, superior e inferior da visão da câmera. Projeção das geometrias dos objetos que estão na frente da câmera sintética.

18 Referências Bibliográficas

19 Visualização Tridimensional (Câmera Sintética)
Universidade Católica de Pelotas Ciência da Computação Computação Gráfica Centro Politécnico Visualização Tridimensional (Câmera Sintética) Matheus Dobke